JPH01224093A - 地熱水の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、熱水支配型の地熱生産井より得られる蒸気を
地熱発電プラント等に使用した後、該蒸気と共に噴出す
る熱水を地下へ還元する際の熱水の処理方法に関する。

〔従来の技術〕

熱水支配型の地熱生産井においては、通常蒸気の数倍以
上の熱水が噴出する。この熱水は従来は大きな池に念め
て自然蒸発させ′ｆｃυ、近くに大きな河川や海がある
場合は放流するなどして処理してい念。しかし、最近は
、以下に述べる理由により多くの地熱発電所において還
元井よシ地下へ還元される傾向にある。

（１）地熱の開発が促進されるにつれて熱水量が多くな
り、自然蒸発や放流だけでは処理できなくなった。

（２）熱水中には多食の食塩のほか微量の砒素や重金属
類など動植物や自然の生態系に悪い彰響を与える物質を
含んでいるので、環境規制上放流できなくなった。

（３）地下の水収支や熱収支の上から地下へ還元した方
が、熱水の寿命を長く維持できると考えられる。

（４）熱水を地下へ還元することにより、地層の間隙の
増大を防止し、地震などの発生する可能性のある要因を
減少できる。

ところが最近、還元井の容量の減衰が生じ、１年程度で
閉塞する場合もある。井戸の減衰の原因は、熱水中に含
まれるシリカが地下の透水層で岩石に付着、析出して、
還元熱水の流過をさまたげるためであると考えられてい
る。しかし、井戸の掘削には、長い期間と多くの費用が
か＼るので、すぐには対応できず、結果的に地熱の発″
ｔ！Ｌ原価が上ることになシ、地熱発電の開発にとって
大きな問題となっている。

このような事情から、現在、地熱開発の進展と共に、熱
水の還元が重要になり、各国で関連する試験が行われつ
＼ある。次に現在実際に行われている還元方法および試
験的に行われた方法について概略を説明する。

（１）　　滞留漕法 この方法はもともと発電所の熱水輸送管の閉塞防止用に
開発された方法であるが、熱水の還元法にも適用され、
実施されていた。この方法は、坑井口で蒸気と分離した
熱水を、滞留槽に約１時間滞留させて過飽和の溶解シリ
カを不活性な重合シリカ（粒径０．３μ以上）に成長さ
せｆｃ後、地下へ８０〜９０℃の熱水を還元する方法で
ある。

（２）　　高温直接還元法 この方法は生産井口のセパレータで分離した１５０℃以
上の高温熱水を、セパレータの圧力を利用して直接還元
する方法である。現在のところ、還元井へのスケール付
着、容量の減衰は認められてｂない。

（３）大気密閉による還元法 この方法は、系分大気密閉型にして空気との接触を速断
し、１５０℃の熱水を１０５°Ｃまで冷却した後、還元
する方法であり、該方法による試験を２１か月間続けた
が、シリカの付着による還元井の容量低下は起らなかっ
たと報告されている。これは、熱水を空気と遮断すると
、熱水中の溶解シリカが空気中の酸素の作用により重合
しないために、シリカの付着が起らないと報告されてｂ
るが、通常よく使用される１００℃以下でのデータがな
いので、１００℃以下でも容量低下が起らないかどうか
は不明である。

（４）凝集沈殿法 この方法は、熱水に生石灰を添加してシリカを珪醗カル
シウムとして除去する方法であり、該方法による試験も
行われている。

ｆ＆熱水に直接鉄粉全注入し、水酸化第二鉄のフロック
でシリカを凝集沈殿させる方法もある。

更に、ＵＳＰ　４，０１６，０７５号明細書くよれば、
熱水に水酸化アンモニウムを添加して、熱水中に含まれ
ているＡｆｆｌ、Ｆｅをゼラチン状のスラッジとして析
出させ、これにシリカを吸着させて除去する方法がある
。

（５）微量の重合シリカの分離法 この方法は、噴出直後の熱水中に１〜１゜ｐｐｍ含まれ
る微量の重合シリカを分離除去することによυ、以後の
溶解シリカの重合、スケール生成を防止することを狙っ
たものである。重合シリカの分離法には、遠心分離法と
加圧浮上分離法がめる。遠心分離法では、熱水に数ｐｐ
ｍのアルミニウムイオンｋｍ加し、ＰＨを５に調整した
後、アルミニウムフロックく吸着し九シリカを遠心分離
するものであるが、遠心分離機はユニット当りの処理量
が小さいので、通常の地熱発電プラントで噴出する多量
の熱水を処理するためには多数の遠心分離機が必要にな
り、装置費が高くつく、欠点がある。一方、加圧浮上分
離法では、熱水に数ｐｐｍのアルミニウムイオン（熱水
のＰＨ＃ｉ５〜５．５に調整）ま念は鉄イオン（熱水の
ＰＨは７に調整）を添加してシリカを重合させた後、捕
集剤と超泡剤を添加して泡と共にシリカを浮上分離させ
る方法であるが、熱水中和残留する多量の泡の処理が問
題であめる。いずれにしても熱水はまだ過飽和のシリカ
を含んだ状態なので、地下透水層でのスケール生成の可
能性が残されており、還元井への連続還元の実績はない
ので、今後の研究開発に待たねばならない。

このほか九本出願人が先に出願し九２つの方法がある。

その１つは地熱水を滞留槽中で約１時間滞留させ過飽和
シリカを重合シリカに変換させた後アルミニウム系無機
凝集剤および有機助剤を添加し凝集沈殿槽で重合シリカ
を凝集沈殿して除去した上熱水を還元井に還元する方法
（特開昭５９−８６８６４号公報参照）であり、もう１
つの方法は凝集沈殿槽内で地熱水中に食塩水ま念は食塩
スラリを添加し熱水中のシリカの溶解度を下げることに
より重合シリカの生成−を促進させ過飽和シリカを凝集
沈殿させ、上澄水を固液ろ過機に導き微細な浮遊粒子を
除去した後熱水を還元井に還元する方法（特願昭６２−
９９９５６号参照）がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら上述の方法にはそれぞれつぎのような問題
点がある。

（１）滞留槽法 この方法でも相当の還元井の容量減衰が認められ念。こ
れは滞留槽内でのシリカ粒子の粒径のフントロールが困
難である念めに活性なシリカがなお還元熱水に混入して
いること、および重合シリカが地下で再溶解して付着性
に富んだ活性シリカを生成することによるものと考えら
れている。

（２）高温直接還元法 この方法では１５０℃以上の高温で還元するので、熱水
の保有するエネルギーを低＠まで利用できないこと、お
よびシリカの過飽和度が大きくなるとスケール付着の可
能性があること、等の問題がある。

（３）凝集沈殿法 凝集沈殿した多量の珪酸カルシウムの用途がみつからな
いかぎり、経済的に実用の可能性はない。

また、鉄粉を注入する方法では、鉄粉を使用するので、
有効な水酸化鉄の生成量が少なく、吸着容素も小さいの
で、鉄粉の多量の添加が必要になり、またスラッジの量
が多くなるので、スラッジの処理が問題である。ま念、
熱水に水酸化アンモニウムを添加する方法はＡ−ｅ、Ｆ
ｅの含有量の多い熱水にしか適用できず、このような熱
水の例は稀であること、および高温熱水ではアンモニア
ガスが発生シ、取シ扱い上危険であること等が問題で、
他の多くの熱水に適用できない。

また、特開昭５９−８６８６４号公報く示された方法で
も滞留槽を設置する広い面積を必要とし、添加する薬品
費が高く、凝集沈殿槽から排出される熱水中に微量の添
加薬品が混入し九まま、還元井に送りこまれる問題点が
ある。さらにまた、特願昭６２−９９９５６号の発明の
方法ではシリカの重合速度が遅いという欠点があり、精
密濾過機が必要であるなどの問題点がある。

以上、従来の方法および新しく試験された方法等につい
て概略を説明したが、いずれの方法にも還元井の容量減
衰を問題なく防止できる確実な方法は見出されていない
。

本発明は前述のような諸問題点を解消し、よ）簡単なプ
ロセスで地熱水を連続的に長期間地下遺児できる地熱水
の処理方法を提供することを目的としたものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は噴出直後ま念は蒸気生産後の熱水に、シリカ系
ろ過助剤を添加して前記熱水中の過飽和シリカを重合シ
リカに変換した後、前記重合シリカおよびシリカ系ろ過
助剤をろ別して熱水中のシリカの含有ｔを飽和溶解度以
下に減少させ、ついで同重合シリカをろ別除去した熱水
を還元井から地下へ還元することを特徴とする地熱水の
処理方法を提案するものである〇〔作用〕 （１）過飽和なシリカを含んだ熱水にシリカを主成分と
したケイソウ土等のろ過助剤を添加することにより、過
飽和シリカの結晶析出の種としての役割を果し、熱水中
でのシリカの結晶核の発生および粒子への成長（重合シ
リカの生成）速度を促進する。

（２）　　ケイソウ土等のろ過助剤はろ逸機のろ布面上
で重合シリカによるろ布の目づまυを防止し、生成した
ケーキの剥離を容易にする。

（３）すなわち、ケイソウ上等のシリカを主成分とし九
ろ過助剤を熱水に添加することにより、過飽和シリカの
重合シリカへの生成速度をきわめて速くすると同時に、
ろ過を容易にすることにより加圧ろ逸機等により重合シ
リカの大部分をろ別除去できる。

（４）またろ布面上に形成されたケーキ層に、熱水中の
微小なシリカコロイド粒子（微小な１合シリカ）が、吸
着するために、通常の方法より重合シリカの除去率が向
上する。

（５）以上の作用・効果により熱水中の過飽和シリカは
還元温度での飽和濃度または飽和濃度以下まで除去され
また重合シリカの流入も防止できるので、還元井の寿命
を大巾に延長させることができる。

なお、通常地熱水中から析出するシリカは殆んど無定形
シリカなので、ここで述べるシリカも全て無定形シリカ
であり、シリカの溶解度も無定形シリカの溶解度を示す
。ま几、ここで述べる溶解シリカとは、水に溶けている
シリカで、ＪＩＳに準拠し九モリブデン骨法によって吸
光光度法で定量できるシリカ全意味し、通常モノケイ酸
イオンの形で存在すると言われている。更に、ここで述
べる重合シリカとは、微粒子状のシリカ等のように上記
のモリブデン宵法で直接定量できな−シリカを、アルカ
リを添加して加熱溶解し全てイオン性のシリカにした後
、モリブデン骨法で定量し、上記のモリブデン骨法で直
接定食できる溶解シリカを差し引いたものを意味する。

従って溶解シリカと重合シリカの和は、水中に含有され
る全シリカになる。

〔実施例〕

本発明に基づい之地熱水の処理方法の一実施例を第１図
により説明する。第１図において地上に噴出した地熱水
は管路１を経て気液上パレータ２に導入される。

気液セパレータ２で分離され念蒸気は管路３よりタービ
ン（図示省略）へ導入される。一方気液セパレータ２で
分離され念熱水は管ＦＪ４を経て熱水４１５へ導びかれ
る。ろ過助剤でめるシリカを生成分とするケイソウ土を
含んだ溶液はろ過助剤タンク６よ抄管路７ｔ−経てポン
プ８によシ管路９を経て熱水槽５に導入される。ろ過助
剤は通常熱水中で０．００１〜２．０％の濃度になるよ
うに調整、添加される。熱水槽５では熱水とろ過助剤で
あるケイソウ士溶液は付設された電磁攪拌器等でよく混
合攪拌された後、管路１０より流出し加圧ポンプ１１に
よって最高５￥ＩＧ程度まで加圧され管路１２を経て管
路１３ａにより連続式加圧円筒型等の加圧ろ逸機１４ａ
に導入される。加圧ろ逸機１４ａでは、導入され交熱水
中のろ過助剤（通常数μ〜数１０μ）と重合シリカ粒子
（通常０．０１〜数μ）とはろ布面上にケーキ（ろ滓）
として残されろ液は重合シリカ粒子を含まない清澄なシ
リカの地利溶液として管路１５ａによυ管路１６を経て
還元井１７より地下１８へ連続的に還元される。加圧ろ
逸機１４ａは通常同容量のもの加圧ろ逸機１４ｂが併置
され加圧ろ逸機１４ａが系より切離されケーキ剥離、水
洗等の復元操作中は他方の管路１３ｂ、加圧ろ逸機１４
ｂ、管烙１５ｂは系に組み込まれて熱水のろ過に使用さ
れ、順次同様の操作で切シ変えて使用される。

上記の一実施例に基づいた方法で実験した結果について
以下説明する。

（１）　　熱水タンク入口熱水ニジリカ８００　ｐｐｍ
、　ＰＨ８゜温度８０℃ （２）ろ過励剤濃度：１０１００ｐｐ熱水中）（ケイソ
ウ土） （３）熱水槽での混合橿拌時間：約１０分以上の条件下
で処理し次結果 連続式加圧円筒型ろ逸機出口 シリカ濃度　３５０ｐｐｍ（重合シリカＯｐｐｍ）懸濁
状物質（Ｓ、　Ｓ、）　１　ｐｐｍ以下の結果が得られ
た。

第２図に、無定形シリカの溶解度を示した。

ＰＨ８，８０℃の熱水中の無定形シリカの飽和溶解度は
約４００　ｐｐｍであるから、上記の結果は原熱水中８
００　ｐｐｍのシリカが飽和濃度以下まで除去されてい
ることがわかる。

本実施例の方法によれば、容易に熱水中の過飽和シリカ
は飽和濃度以下まで除去され重合シリカの熱水中への流
入も防止できるので地熱水を連続的に長期間地下還元で
きる。

〔発明の効果〕

本発明の方法によれば、容易に熱水中の過飽和シリカは
飽和濃度以下までろ別除去され、また重合シリカの流入
も防止できるので還元井の寿命を大巾に延長させ地熱水
を連続的に長期間地下還元することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の地熱水の処理方法の説明図
、第２図は無定形シリカの飽和溶解度を示す図である。 １・・・管路、２・・・気液セパレータ、３，４・・・
管路、５・・・熱水槽、６・・・ろ過励剤タンク、７・
・・管路、８・・・ポンプ、９．１０・・・管路、１１
・・・加圧ポンプ、１２．１３ａ、１３ｂ−・・管路、
１４ａ。 １４　ｂ　・・・加圧ろ過！Ｌ　　１５ａｌ１５ｂ、１
６−・・管路、１７・・・還元井、１８・・・地下。 代理人　弁理士　坂　間　　暁　　外２名べ　　　　　
　　　　　　　ン ；ＩＬ　　度　（゛す

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 噴出直後または蒸気生産後の熱水に、シリカ系ろ過助剤
   を添加して前記熱水中の過飽和シリカを重合シリカに変
   換した後、前記重合シリカおよびシリカ系ろ過助剤をろ
   別して熱水中のシリカの含有量を飽和溶解度以下に減少
   させ、ついで同重合シリカをろ別除去した熱水を還元井
   から地下へ還元することを特徴とする地熱水の処理方法
   。